(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配設され、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、
該基板の間に並列に配列された複数の色素増感太陽電池セルと、
該複数の色素増感太陽電池セルの外周部を区画する仕切部と、を備え、
各々の前記色素増感太陽電池セルは、
前記透光性を有する基板に形成された透明導電膜からなる負極と、
該負極に対向するよう前記一対の基板の他方側に形成された正極と、
前記負極と前記正極との間に形成された光電変換層と、から構成され、
前記正極及び前記負極は、長手方向の両端部が前記仕切部の外部に延出しており、
前記両端部の延出した領域のそれぞれが、隣接する前記色素増感太陽電池セルの反対電極と電気的に接続されることにより、複数の前記色素増感太陽電池セルが直列に接続されていることを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記正極及び前記負極の一対の電極は、前記延出した領域に、電気的に接続される他方の電極に向けて突出する突出部を備え、
前記基板の正面側から垂直方向に前記突出部を見たときに、該突出部の一部が、前記他方の電極の前記延出した領域の一部と重なっており、該重なり部で、前記他方の電極と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記正極は、前記仕切り部の一端側の前記延出した領域に、前記突出部を有し、
前記負極は、前記仕切り部の他端側の前記延出した領域に、前記突出部を有していることを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記透明導電膜は、酸化インジウムにスズをドープしたＩＴＯ膜の上に、酸化スズにアンチモンをドープしたＡＴＯ膜を積層させた積層透明導電膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
前記透明導電膜は、スパッタリング法により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
色素増感太陽電池と、該色素増感太陽電池に接続されるデバイスとから構成される複合型機器であって、
前記色素増感太陽電池は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池であることを特徴とする複合型機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池及びこれを備えた複合型機器に係り、特に、複数の電極を直列接続した色素増感太陽電池及びこれを備えた複合型機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池としては、主にＳｉ系の太陽電池が用いられている。その理由としては、半導体などで技術が確立したＳｉのＰ−Ｎ接合を利用するので、安定して作製できるという点が挙げられる。一方、宇宙用途の人工衛星などでは、ＧａＡｓなどの化合物半導体が用いられる。これは、Ｓｉより光電変換効率が高く、また、放射線耐性が高いためである。
【０００３】
しかしながら、上記の半導体系の太陽電池には、高品質なＰ−Ｎ接合を作る必要があり、その作製のためには、高品質の単結晶と高価な成膜装置を用いて、時間をかけて多くの行程をこなさなければならず、生産コスト、作製時間がかかるという問題がある。
【０００４】
これらの半導体系の太陽電池に代わり、最近、色素増感太陽電池の研究開発が活発になされている。色素増感太陽電池は、１９９０年代の初めにスイスのグレツェルによって開発された太陽電池で、光電変換効率が理論上Ｓｉ系太陽電池よりも大きいことや、作製が簡便であることなどから、現在、次の世代の太陽電池として期待され、研究開発が盛んに行われている。
【０００５】
色素増感太陽電池の起電力は、通常１セルあたり約０．６Ｖ程度であり、実際にそれを用いて機器を駆動させるためには、複数個を直列に接続して、機器が駆動する電圧にする必要がある。その直列接続の方法としては、導線を使った接続方法やセル間の隔壁を利用して接続する方法がある。
【０００６】
導線を使った接続方法について図１２を参照して説明する。図１２は従来の色素増感太陽電池の平面図である。この図に示すように、色素増感太陽電池Ｓ０は、基板１０１と基板１１０の間に複数の色素増感太陽電池セル１１２，１１２・・・が並列に配列されている。そして、それぞれの色素増感太陽電池セル１１２の透明導電膜１０２の一端から導線１１３を引き出し、基板の表面側を通じて隣接する色素増感太陽電池セル１１２の正電極膜１０６の一端に接続する。これにより、色素増感太陽電池セル１１２が直列に接続される。
【０００７】
この接続方法は、隣り合うセルの正極、負極を導線などを用いて接続すれば良いので、最も単純で確実な方法である。しかしながら、接続作業に手間がかかると同時に、セル外部に導線が延びているため、使用時に導線に触れて切断するなどの安全性の問題や、見た目が良好でないという不都合がある。また、基板の表面の電極端子から裏面の電極端子に導線をつなぐため、導線に屈曲部が生じる。このため、電極端子と導線との接合部に破断などが生じやすく、この点からも安全性に問題があった。
【０００８】
一方、セル間の隔壁を利用して接続する方法としては、下の特許文献１〜３に示すようにＷ型やＺ型と呼ばれる接続方法がある。
【０００９】
このうちＷ型は、隣り合うセルの正極、負極を交互に反転させ、その隣り合うセルの集電電極を２つずつ共通のものとして、正極基板と負極基板の間に隔壁を設けて電解液を注入して封止することで、各セルを自動的に直列に接続する方法である。
この方法は、比較的簡単に作成できるという長所を持っている。しかしながら、この接続方法では正極と負極が交互に反転しているので、発電に必要な光を取り込める透明な負極側のセルの面積は、どちらの側も全体のセル面積の半分となる。このため、基板のいずれの側から光を取り込んでも半分のセルしか受光できず、全体のセルのうち半分しか機能しない。したがって、全体の光電変換効率が実質的に半分になり、セルの出力電圧が約半分になるという問題があった。
また、Ｗ型では、隣り合うセルの正負が交互に反転しているため、機能しないセルが一つおきに存在する。このため、すべてのセルが機能するように配列されたＺ型などと比べると、全体の出力電流が低下するという問題もある。
このように、Ｗ型の色素増感太陽電池では、正極、負極が交互に配列されているため、出力電圧が半減するとともに出力電流も低下し、発電特性が低下するという問題があった。
【００１０】
一方、Ｚ型は、いずれのセルの正極、負極もそれぞれ一方の基板の側に共通に配置されており、セル間の隔壁を通じて配線を形成して隣接するセルの端部どうしを接続する方法である。この方法では、一方の基板には負極のみが配置されているため、負極側から光を取り込めば、すべてのセルで受光でき、配列されたすべてのセルが機能する。このためＺ型では、Ｗ型のように光電変換効率が落ちることがなく、良好な発電特性を示す。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−３０６３９９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３７７号公報
【特許文献３】特開２００７−１８８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
Ｚ型の色素増感太陽電池では、隔壁を通じて隣り合う正極と負極の電極を接続するので、隔壁の内部に導通部を形成させ、かつその導通部が腐食性の高い電解液から保護されている必要がある。しかしながら、このような隔壁の作製は技術的に困難であり、また液洩れや短絡を防ぐための精密な封止技術が必要となり、技術的な難易度が高く、したがってＺ型は決して簡単な作成方法ではなかった。特に、セルが微細化された場合、より高度な隔壁の微細加工技術とより精密な封止技術が必要となり、高価な設備を導入し、時間と労力をかけて作製することが必要であった。また、直列接続セルが作製できても、構造上、完全に電解液の洩れを封止したり短絡を避けたりすることは難しく、歩留まりが低下したり、太陽電池特性にばらつきが生じることが多かった。
【００１３】
加えて、Ｚ型では、対向する基板を一旦接合させたあとで隔壁内の配線に短絡などが生じた場合には、これを修復するために接合した基板を剥がして内部の配線構造を露出させ、修復後に再び基板を接合させる必要があった。このようにＺ型では、配線の修復が非常に困難になるという不都合もあった。
【００１４】
本発明の目的は、基板の一方に正極、他方に負極を形成した複数のセルからなる色素増感太陽電池において、簡単な構成により安定した特性を得ることが可能な色素増感太陽電池を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、配線の切断や短絡が生じにくく、安定した駆動が可能な複合型機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題は、本発明の色素増感太陽電池によれば、対向して配設され、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、該基板の間に並列に配列された複数の色素増感太陽電池セルと、該複数の色素増感太陽電池セルの外周部を区画する仕切部と、を備え、各々の前記色素増感太陽電池セルは、前記透光性を有する基板に形成された透明導電膜からなる負極と、該負極に対向するよう前記一対の基板の他方側に形成された電極からなる正極と、前記負極と前記正極との間に形成された光電変換層と、から構成され、前記正極及び前記負極は、長手方向の両端部が前記仕切部の外部に延出しており、前記両端部の延出した領域のそれぞれが、隣接する前記色素増感太陽電池セルの反対電極と電気的に接続されることにより、複数の前記色素増感太陽電池セルが直列に接続されていることにより解決される。
【００１６】
このように、両端部の延出した領域のそれぞれが、隣接する色素増感太陽電池セルの反対電極と電気的に接続されることにより、複数の色素増感太陽電池セルが直列に接続されているため、隣り合った電極を、基板の外部を通る導線で接続したり、セル間の仕切部を貫通する配線により接続したりする必要がない。このため、配線構造が簡単で、しかも断線等の少ない安定した電池特性を有する色素増感太陽電池を提供することができる。
また、正極及び負極は、長手方向の両端部が仕切部の外部に延出しており、両端部の延出した領域のそれぞれが、隣接する色素増感太陽電池セルの反対電極と電気的に接続されるため、正極や負極の両端側で反対電極と導通することができる。正極や負極の抵抗は、電極の長さに比例するため、正極や負極の一端側で反対電極と導通する場合と比較して、両端側で導通することで抵抗値が半分となり、正極や負極の抵抗に起因する内部損失が少なく、電池特性の高い太陽電池とすることができる。
【００１７】
また、前記正極及び前記負極の一対の電極は、前記延出した領域に、電気的に接続される他方の電極に向けて突出する突出部を備え、前記基板の正面側から垂直方向に前記突出部を見たときに、該突出部の一部が、前記他方の電極の前記延出した領域の一部と重なっており、該重なり部で、前記他方の電極と接続されていることが好ましい。
【００１８】
このように、突出部を備えることで、正極の端部と、隣接する色素増感太陽電池セルの負極の端部との距離が小さくなり、両者の間に電気的接続を形成しやすくなる。したがって、簡単な構成で安定した特性を有する色素増感太陽電池を提供することが可能となる。
また、突出部の一部が、他方の電極の延出した領域の一部と重なっているため、この重なる部分を接続することで、突出部と反対電極の端部との間を最短距離で導通することができる。このようにすることで配線部を短くすることが可能となり、配線部が長くなることによる断線などが生じにくくなる。したがって、配線構造がより簡単になるとともに、断線等が生じにくい安定した電池特性を備えた色素増感太陽電池を提供することができる。
【００１９】
この場合、前記正極は、前記仕切り部の一端側の前記延出した領域に、前記突出部を有し、前記負極は、前記仕切り部の他端側の前記延出した領域に、前記突出部を有していると好適である。
【００２０】
このように構成しているため、突出部を正極と負極の両方の端部に設けることとなり、電極の両端側で反対電極と導通する。このため、一方側でのみ導通する場合と比較して電極部の電極抵抗が半分となる。したがって、電極の電気抵抗による内部損失が少なく、電池特性の高い色素増感太陽電池を提供することができる。
【００２５】
また、前記透明導電膜は、酸化インジウムにスズをドープしたＩＴＯ膜の上に、酸化スズにアンチモンをドープしたＡＴＯ膜を積層させた積層透明導電膜であることが好ましい。
【００２６】
このような積層透明導電膜は、電気抵抗が低く、温度による電気抵抗などの変化が少ないため、光電変換効率の高い色素増感太陽電池を作製することが可能となる。
【００２７】
また、前記透明導電膜は、スパッタリング法により形成されていることが好ましい。
【００２８】
このように、透明導電膜をスパッタリング法により形成することで、透明導電膜の膜厚や光学特性を所望のものに調整することができるため、色素増感太陽電池の特性を任意に設定することができる。
【００２９】
また、色素増感太陽電池と、該色素増感太陽電池に接続されるデバイスとから構成される複合型機器であって、前記色素増感太陽電池は、上記いずれかに記載の色素増感太陽電池であることが好ましい。
【００３０】
このような構成とすることで、簡単な構造を有し、かつ安定した特性を有する色素増感太陽電池を電源装置として備えた複合型機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の色素増感太陽電池によれば、それぞれのセルは隣接する色素増感太陽電池セル
の反対電極と端部で接続されているため、簡単な構成で安定した特性を備えた色素増感太
陽電池を提供することができる。
また、両端部の延出した領域のそれぞれが、隣接する色素増感太陽電池セルの反対電極と電気的に接続されることにより、複数の色素増感太陽電池セルが直列に接続されているため、隣り合った電極を、基板の外部を通る導線で接続したり、セル間の仕切部を貫通する配線により接続したりする必要がない。このため、配線構造が簡単で、しかも断線等の少ない安定した電池特性を有する色素増感太陽電池を提供することができる。
また、正極及び負極は、長手方向の両端部が仕切部の外部に延出しており、両端部の延出した領域のそれぞれが、隣接する色素増感太陽電池セルの反対電極と電気的に接続されるため、正極や負極の両端側で反対電極と導通することができる。正極や負極の抵抗は、電極の長さに比例するため、正極や負極の一端側で反対電極と導通する場合と比較して、両端側で導通することで抵抗値が半分となり、正極や負極の抵抗に起因する内部損失が少なく、電池特性の高い太陽電池とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置、構成等は、本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる。
【００３３】
図１〜図１１は本発明の一実施形態に係る色素増感太陽電池について説明するための図であり、図１は第１の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図、図２は図１の色素増感太陽電池セルの断面図、図３は第１の実施形態に係る色素増感太陽電池の正極基板側及び負極基板側の電極パターン図、図４は図１の色素増感太陽電池のａ−ａ断面図及びｂ−ｂ断面図、図５は図１の色素増感太陽電池のｃ−ｃ断面図及びｄ−ｄ断面図、図６は第２の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図、図７は第３の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図、図８は第３の実施形態に係る色素増感太陽電池の正極基板及び負極基板の電極パターン図、図９は図７の色素増感太陽電池のｅ−ｅ断面図、図１０は第４の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図、図１１は図１０の色素増感太陽電池のｆ−ｆ断面図である。
【００３４】
図１に示すように、直列接続型の色素増感太陽電池Ｓ１は、基板１とこれに対向して配置された基板１０とを備えている。基板１と基板１０の間には、各々が帯状をした色素増感太陽電池セル１２が複数個並列して配設されている。そして、これらの色素増感太陽電池セル１２が直列に接続された構成を備えている。
この図において、本来は視認できない位置にある透明導電膜２の下側の端部を「端部２ｂ」として示してある。同様に、色素増感太陽電池セル１２の端部を「端部１２ａ」として示している。
【００３５】
図２に示すように、それぞれの色素増感太陽電池セル１２は、透明導電膜２、酸化チタン層３、酸化チタン層３に吸着された色素４、電解液層５、正電極膜６、仕切部７を主要構成要素としている。酸化チタン層３、色素４、電解液層５は、本発明の光電変換層に相当する。
また、基板１には図３（ａ）に示す負極電極パターンが、基板１０には図３（ｂ）に示す正極電極パターンが形成されている。
【００３６】
基板１は、表面に透明導電膜２が形成された板状の部材である。基板１の材料としては、表面に透明導電膜２を形成させることができ、かつ透明導電膜２で光を受光させる程度に透明性を有する適宜の材料から選択される。このような材料としては、例えば、ガラス基板、石英基板、樹脂基板、光学結晶基板などの光を所定量透過させることが可能なものが用いられる。特に好ましくは、Ｎａなどのアルカリ元素を含まないノンアルカリガラスや耐熱性の高い石英基板などである。また、透明性を増したり、Ｎａなどのアルカリ元素の拡散を防止したり、耐熱性を増したり、ガスバリア性を持たせるなどの付加特性を持たせるために、表面にＳｉＯ２、ＴｉＯ２などの薄膜がスパッタリング法により形成された基板であっても良い。
【００３７】
基板１の光透過率としては、色素増感太陽電池セル１２の内部に光を透過できるものであれば特に限定されないが、通常は波長４００以上９００ｎｍ以下の範囲での平均透過率が１０％以上９９％以下の範囲内であり、特に６０％以上９９％以下の範囲内が好ましく、より好適には８０％以上９９％以下の範囲である。
基板１の厚さとしては、特に限定されないが、通常１００μｍ以上５ｍｍ以下の範囲内であり、特に５００μｍ以上２ｍｍ以下の範囲内が好ましい。
【００３８】
透明導電膜２は、光の透過性があり、かつ導電性を有する膜である。透明導電膜２は、色素増感太陽電池Ｓ１の負極を構成している。
透明導電膜２の光透過率も上述した基板１と同様に、通常は波長４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲での平均透過率が１０％以上９９％以下の範囲内であり、特に６０％以上９９％以下の範囲が好ましく、より好適には８０％以上９９％以下の範囲内である。
透明導電膜２には、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電膜や、これらの透明導電膜に不純物を添加した透明導電膜を用いることができる。
【００３９】
不純物を添加した透明導電膜としては、酸化インジウムにスズを添加したＩＴＯ、酸化スズにアンチモンを添加したＡＴＯ、酸化スズにフッ素をドープしたＦＴＯ、酸化亜鉛にアルミニウムを添加したＡＺＯ、酸化亜鉛にガリウムを添加したＧＺＯ等を用いることができる。
【００４０】
なお、透明導電膜２上に酸化チタン層３を形成する工程では、透明導電膜２上に酸化チタンペーストを塗布して、望ましい温度として４００〜５００℃で焼成する。したがって、透明導電膜２は、この焼成工程により透過率が減少せず、かつ抵抗も増加しない材料を用いることが好ましい。
【００４１】
このような条件を満たすものとしては、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＩＴＯの上にＡＴＯ又はＦＴＯをコートした積層透明導電膜などがあり、太陽電池特性を向上させるためには、透明導電膜２としてこれらの透明導電膜を用いるのが好ましい。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、本実施形態の透明導電膜２は、個々の形状が帯状（長方形状）の電極が並列に複数配列された構造となっている。これらの透明導電膜２は、このような帯状の負極電極パターンになるよう、帯状の開口が複数形成されたマスクなどを用いて形成される。なお、透明導電膜２を基板１の表面に形成する方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法など、公知の成膜技術を用いることができる。
【００４３】
基板１０は、表面に正電極膜６が形成される板状の部材である。基板１０の材料としては、基板１で述べたような透明材料から選択することが可能である。
なお、基板１とは異なり基板１０は、光を取り込む側ではないので、必ずしも透明材料で形成される必要はなく、光透過性の乏しい材料で形成してもよい。このような材料としては、例えば酸化物系セラミックスや窒化物系セラミックスなどの各種セラミックスが挙げられる。
基板１０の厚さも、特に限定されないが、通常１００μｍ以上５ｍｍ以下の範囲内であり、特に５００μｍ以上２ｍｍ以下の範囲内が好ましい。
【００４４】
正電極膜６は、導電性を有する材料で膜状に形成された電極である。正電極膜６は、導電性を有する金属膜や、透明導電膜２で説明した材料と同じ材料などが用いられる。正電極膜６が光を透過させる必要がある部位に用いられる場合には、透明導電膜が用いられる。
光電変換効率を上げるため、正電極膜６には、触媒作用があり、かつ、電解液層５の電解液に対する耐性に優れるＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ等を用いることが好ましい。正電極膜６には、外部負荷に接続するための正極引出線８が接続されている。このように、正電極膜６が触媒機能と集電電極としての機能を兼ね備えているため、集電電極を別途設ける必要が無く、電池の構成を簡略化することができる。
なお、正電極膜６としては、上述した触媒作用を示さず単に集電電極として機能するものでもよい。このような正電極膜６の材料としては、アルミニウムなどが挙げられる。
【００４５】
図３（ｂ）に示すように、本実施形態の正電極膜６は、個々の形状が帯状の電極が並列に複数配列された構造となっている。正電極膜６の長手方向の両端部は、それぞれ仕切部７の外部に延出している。正電極膜６の一方の端部には幅狭部が形成され、更に幅狭部から隣接する色素増感太陽電池セル１２に向けて垂直方向に突出する突出部６ａが形成されている。
なお、本実施形態では、複数の帯状の正電極膜６のすべてにおいて同一の側（図１の上側）の端部にのみ突出部６ａが形成されている。このように、端部のうち一方側のみに突出部６ａを設けることで、両側に突出部を形成する場合と比較して、正電極膜６のサイズを小さくすることができる。
【００４６】
正電極膜６は、このようなＬ字型の正極電極パターンになるよう、Ｌ字型の開口が複数形成されたマスクなどを用いて形成される。なお、正電極膜６を基板１０の表面に形成する方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法など、公知の成膜技術を用いることができる。
【００４７】
基板１と基板１０は、透明導電膜２と正電極膜６が向かい合うように対向して配設される。図１に示すように、基板１の平面視において、透明導電膜２と正電極膜６がそれぞれの長手方向（図１の上下方向）に沿って互いにずれるように配設される。すなわち、透明導電膜２の一方の端部（図１の上側の端部）が正電極膜６の上側の端部よりも上側に位置し、正電極膜６の他方の端部（図１の下側の端部）が透明導電膜２の下側の端部（図中の２ｂで示す。）よりも下側に突出している。
【００４８】
以上、図３（ａ）、（ｂ）に示した基板１と基板１０により、図１に示すように、すべての色素増感太陽電池セル１２が直列接続となるよう、基板１と基板１０との間に複数個の色素増感太陽電池セル１２が形成される。それぞれの色素増感太陽電池セル１２の構成は図２に示す単一の色素増感太陽電池セル１２と全く同じ構成なので、以下に単一セルについての構成のみ説明する。
【００４９】
図２に示すように、透明導電膜２の表面側には酸化チタン層３が形成される。酸化チタン層３は、バインダーに酸化チタン粉末を混合してペースト状にし、この焼成ペーストを透明導電膜２上に塗布し、焼成することにより形成される。焼成温度は１００℃以上であれば良いが、酸化チタン粒子間の焼結性を良くして光電変換効率を高めるためには４００℃以上で焼成するのが好ましい。
【００５０】
焼成ペーストのバインダーとしては、有機系の溶媒、酸性溶液等を用いることができる。また、酸化チタン層３の結晶構造はアナターゼ型であることが好ましい。また、良好な太陽電池特性を有するためには、酸化チタン層３は小さな穴を多く含む細孔構造をとっていることが好ましい。
【００５１】
酸化チタン層３の一部には色素４が吸着されている。色素４には、太陽光を効率よく吸収できる色素、すなわち可視域を中心に近紫外域から近赤外域にかけて収吸帯を持つものが用いられる。色素４は、アルコール等の溶媒に溶かし、この中に酸化チタン層３まで形成された基板１を漬けることにより、酸化チタン層３の細孔部に吸着される。
【００５２】
光電変換効率を上げるためには、色素４には、光で励起された際、効率良く酸化チタン層３に電子を移動させることができるＲｕ錯体［ＲｕＬ２（ＮＳＣ）２］（ここで、Ｌ＝４，４´−ｄｉｃａｒｂｏｘｙ−２，２´−ｂｙｐｙｒｉｄｉｎｅ）等を使用するのが好ましい。
【００５３】
色素４の表面側には電解液層５が設けられている。電解液層５の材料には、色素４に電子を供給し、また、正極部（正電極膜６）で電子を受け取ることができるものが用いられる。このような材料の具体例としては、例えば、ポリエチレングリコールにヨウ化リチウムと金属ヨウ素を溶かした電解液、アセトニトリルとエチレンカーボネートを混合した電解液等を用いることができる。
【００５４】
基板１と基板１０の間には、それぞれの色素増感太陽電池セル１２を仕切るための仕切部７が形成されている。仕切部７は、複数の色素増感太陽電池セル１２の外周部全体を区画するための部材であり、また、それぞれの色素増感太陽電池セル１２間を区切る部材でもある。この仕切部７によって仕切られた空間内に、色素４を吸着させた酸化チタン層３と正電極膜６の間に、電解液層５の電解液が封入された状態に保持されている。
仕切部７の材料としては樹脂やガラスなどを用いることができる。樹脂の具体例としては、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。
【００５５】
正電極膜６の突出部６ａの先端側と透明導電膜２の端部との間には、導電性ペースト１１が配設されている。本実施形態の導電性ペースト１１は、銅などの導電性金属の粉末が配合された導電性接合剤が有機系のバインダーに含有された、粘性を有する材料で形成されている。このため、透明導電膜２と正電極膜６との間を電気的に導通させるとともに、粘性が高いため他の電極と導通してショートが生じにくくなっている。
【００５６】
次に、図４と図５を参照して、本実施形態に係る色素増感太陽電池Ｓ１の構造について詳細に説明する。
図４、図５は図１の色素増感太陽電池Ｓ１のａ−ａ〜ｄ−ｄ断面図であり、図４（ａ）はａ−ａ断面図、図４（ｂ）はｂ−ｂ断面図、図５（ｃ）はｃ−ｃ断面図、図５（ｄ）はｄ−ｄ断面図を示している。
【００５７】
図４（ａ）に示すように、正電極膜６の突出部６ａの先端側（図中の各先端部６ａにおいてそれぞれの右側の領域）と透明導電膜２の一部とが上下に対向した位置となっている。導電性ペースト１１は、この対向した部分に上下方向に沿って塗り込まれている。すなわち、導電性ペースト１１は、突出部６ａの一部と透明導電膜２の一部とが最短距離で連結している。このように、導電性ペースト１１が透明導電膜２と正電極膜６との間を最短距離で連結することで、導電性ペースト１１で構成される接続部を狭くすることが可能となる。これにより、接続部が広がることによる他の電極とのショートが生じにくくなり、配線構造が簡単になるとともに安定した電池特性を備えたものとなる。
【００５８】
図４（ｂ）に示すように、仕切部７により封止された領域は、透明導電膜２と正電極膜６とが配線されておらず、両者の間に仕切部７が設けられている。図５（ｃ）に示すように、色素増感太陽電池Ｓ１の中央部は、色素増感太陽電池セル１２が設けられている。図５（ｄ）に示すように、仕切部７の外部であって導電性ペースト１１が設けられていない領域では、透明導電膜２と正電極膜６との間には何も配設されていない。
【００５９】
次に、色素増感太陽電池Ｓ１の製造方法について説明する。
まず、スパッタリング法などの公知の成膜方法により、基板１の表面に透明導電膜２を形成する。次に、酸化チタン粉末を含む焼成ペーストを透明導電膜２の表面に塗布、焼成して酸化チタン層３を形成する。続いて、色素４を含む溶液中に酸化チタン層３の表面を浸漬させて酸化チタン層３の表面に色素４を吸着させる。
一方、基板１と同様にスパッタリング法などにより基板１０の表面に正電極膜６を形成する。
【００６０】
次に、基板１と基板１０の間に仕切部７を形成し、電解液を注入した後、貼り合わせる。その際、図１に示すように各々のパターンの端部が数ｍｍ程度露出するよう、パターンを長手方向に沿って少しずらして貼り合わせる。
最後に、正電極膜６の突出部６ａの先端側と透明導電膜２の端部との間に、導電性ペースト１１を塗り込む。これによって、導線なしで直列接続にすることができる。
【００６１】
次に、第２の実施形態に係る色素増感太陽電池Ｓ２について説明する。
上述した第１の実施形態では、正電極膜６に突出部６ａを設けて透明導電膜２には突出部を設けていないが、本実施形態では透明導電膜２に突出部２ａを設けて正電極膜６に突出部を設けない構成としている。
【００６２】
図６に示すように、透明導電膜２と正電極膜６は長手方向に沿って互いにずれた位置にあり、透明導電膜２の一方の端部には隣接する正電極膜６の端部に向けて突出する突出部２ａが形成されている。突出部２ａの先端部は、基板１の正面側から垂直方向に見たときに、隣接する色素増感太陽電池セル１２の正電極膜６の端部の一部と重なっている。そして、突出部２ａの先端部と正電極膜６の端部との間に導電性ペースト１１が塗り込まれ、両者が導通している。このように、透明導電膜２の端部に突出部を設けても、色素増感太陽電池セル１２を直列に接続することができる。
【００６３】
次に、第３の実施形態に係る色素増感太陽電池Ｓ３について説明する。
上述の第１、第２の実施形態では、透明導電膜２と正電極膜６のいずれか一方のみに突出部が形成されていたが、本実施形態では両方に突出部を設けるようにしている。
【００６４】
図７に示すように、透明導電膜２の一端（図７の下側の端部）には、隣接する色素増感太陽電池セル１２に向けて突出する突出部２ａが形成されている。また、正電極膜６の一端（図７の上側の端部）には、反対側に隣接する色素増感太陽電池セル１２に向けて突出する突出部６ａが形成されている。
図８（ａ）に示すように、基板１には複数の透明導電膜２が形成されている。透明導電膜２の一端（図８（ａ）の下側の端部）には、隣接する色素増感太陽電池セル１２に向けて突出する突出部２ａが形成されている。
一方、図８（ｂ）に示すように、基板１０には複数の正電極膜６が形成されている。正電極膜６の一端（図８（ｂ）の上側の端部）には、隣接する色素増感太陽電池セル１２に向けて突出する突出部６ａが形成されている。
【００６５】
図９は図７のｅ−ｅ断面図である。図９に示すように、透明導電膜２の突出部２ａと、これに隣接する色素増感太陽電池セル１２の正電極膜６の端部との間には、導電性ペースト１１が塗り込まれている。これにより、透明導電膜２と正電極膜６との間が導通している。
このように、透明導電膜２と正電極膜６のそれぞれに突出部を備えることで、透明導電膜２や正電極膜６の両端側で反対電極と導通する。ここで、透明導電膜２や正電極膜６の抵抗は、電極の長さに比例する。このため、実施例１や実施例２のように透明導電膜２や正電極膜６の一端側で反対電極と導通する場合と比較して、両端側で導通することで抵抗値が半分となる。これにより、透明導電膜２や正電極膜６の抵抗に起因する内部損失が少なく、電池特性の高い太陽電池とすることができる。
【００６６】
次に、第４の実施形態に係る色素増感太陽電池Ｓ４について説明する。
上述した第１〜第３の実施形態はいずれも、基板１の正面側から垂直方向に見たときに、一方の電極の突出部の先端部が隣接する色素増感太陽電池セル１２における反対電極の端部の一部と重なるように配設され、この重なる領域に導電性ペースト１１が配設される構造となっている。しかしながら、正極と負極の間の導通が確保できれば、上述のように必ずしも突出部と反対電極の端部とが重なる必要はない。
【００６７】
図１０に示すように、本実施形態の色素増感太陽電池Ｓ４は、基板１の正面側から垂直方向に見たときに、正電極膜６の突出部６ａと隣接する色素増感太陽電池セル１２における透明導電膜２の端部の一部とが重なっておらず、突出部６ａの先端と透明導電膜２の端部側の側部との間に所定の隙間が空いている。
【００６８】
図１１に示すように、突出部６ａと透明導電膜２の端部との間には導電性ペースト１１が斜め方向に沿って配設され、透明導電膜２と正電極膜６との間の導通が確保されている。この導電性ペースト１１は、隣接する色素増感太陽電池セル１２の反対電極とのみ接着し、他の電極と接着しない程度に粘度の高い材料からなることが好ましい。
【００６９】
このように、本発明の色素増感太陽電池Ｓ４は、上述したように電極の突出部の一部と反対電極の端部の一部とが必ずしも重なっている必要がないが、このように重ならない電極間に導電性ペースト１１を配設することで導電性ペースト１１が重力の影響で液垂れし、反対電極以外の他の電極とショートする可能性がある。このため、第１〜第３の実施形態のように、一方の電極の突出部と反対電極の端部とが重なるほうが、導電性ペーストにより電極間を最短距離で接続することができるため、導電性ペースト１１の液垂れによるショートなどが生じにくく好ましい。
なお、上記各実施形態では、突出部は電極の本体から横方向に垂直に突出した形状をしているが、このように垂直方向に突出したものに限定されず、隣接する色素増感太陽電池セル１２に向けて突出する形状であれば、どのようなものでもよい。例えば、平面視形状がＣ字型やＳ字型など、曲線形状であってもよい。
また、上記各実施形態では、透明導電膜２や正電極膜６の形状は帯状としていたが、これに限定されず、円形、正方形、三角形など、どのような形状でもよい。
【実施例】
【００７０】
次に、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１に示す色素増感太陽電池Ｓ１を作製した実施例について説明する。
まず、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのソーダライムガラスで形成された基板１０に、正極となる正電極膜６を形成した。正電極膜６は、プラチナ（Ｐｔ）ターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング法で行った。０．６ｋＷのＤＣパワー、無加熱で成膜を行い、０．３μｍのＰｔ薄膜を形成した。
【００７１】
Ｐｔ膜の成膜においては、所定の形状のマスクを用いて、図３（ｂ）に示すＬ字型の端部を有するパターンになるようＰｔ膜を基板１０上に形成した。６個のＰｔ膜のパターンは、互いに絶縁されるよう所定の間隔（約５ｍｍ）だけ離して形成した。６個のＰｔ膜のパターンを形成するのは、各Ｐｔ膜に対応して、基板１上に６個の色素増感太陽電池セル１２を作製し、これらを直列接続して起電力を増加させるためである。
【００７２】
負極側の基板１は、正極側と同様に、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのソーダライムガラスを用いた。後で述べるように、この後の工程で、５００℃で基板１の焼成を行うので、その際ガラスに含まれるアルカリ元素などの不純物や酸素の拡散を防止したり、ガラスの耐熱性を向上させたりするために、透明導電膜２を形成する前に、まずガラス製の基板１の上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜を形成した。ＳｉＯ２膜の成膜は、Ｓｉ半導体ターゲットを用い、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により酸素ガスを導入して行った。ＲＦパワーは１ＫＷとし、無加熱で成膜した。これにより、０．０５μｍのＳｉＯ２薄膜を形成した。
【００７３】
次に、ＳｉＯ２薄膜が形成された基板１上に、スズがドープされた酸化インジウム（ＩＴＯ）膜とアンチモンがドープされた酸化スズ（ＡＴＯ）膜を、この順に成膜することにより透明導電膜２を形成した。
成膜の際にそれぞれＩＴＯ、ＡＴＯの焼結ターゲットを用い、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、１．０ｋＷのＤＣパワー、３００℃の成膜温度で成膜を行った。形成したＩＴＯ薄膜，ＡＴＯ薄膜の膜厚は、それぞれ０．３μｍ、０．１μｍである。その積層透明導電膜の抵抗値は４．５Ω／□となった。
【００７４】
なお、ＡＴＯ膜をＩＴＯ膜の上に形成したのは、次に述べる酸化チタン（ＴｉＯ２）の焼成工程の際、透明導電膜２の抵抗の上昇を押さえるためである。
ＩＴＯ膜とＡＴＯ膜の成膜の際、所定の形状のマスクを用いて、図３（ａ）に示すパターンのように６本の帯状の透明導電膜２（ＩＴＯ／ＡＴＯ膜）を形成した。
【００７５】
次に６本の帯状の透明導電膜２の上に、酸化チタンの粉を酸性溶液に溶かしてペースト状にした粘性のある液体をスキージ法により塗布し、乾燥させた後、電気炉に入れて５００℃で１時間焼成を行った。これにより、透明導電膜２の表面に酸化チタン層３を形成した。
【００７６】
次に、酸化チタン層３に色素４を吸着させる工程を行った。まず、シャーレでＲｕ錯体を含む色素４をアルコールで溶かした。続いて、焼成後の基板１を電気炉から取り出し、色素が溶けたシャーレに基板１を一晩浸漬させて、酸化チタン層３の表面に色素４を吸着させた。
翌日、基板１をシャーレから取り出し、酸化チタン層３以外の部分の色素４をきれいに拭き取った。その基板１の周辺部と６本の帯状の色素増感太陽電池セル１２の間に、接着剤を付け、仕切部７を形成した。本例では、仕切部７は、エポキシ樹脂によって形成した。
【００７７】
次に、電解液層５として、ポリエチレングリコールにヨウ化リチウムと金属ヨウ素を溶かしてヨウ素溶液を作製し、このヨウ素溶液を仕切部７で６つに仕切られた各セル内に垂らした。その後、６個のＰｔ正電極膜６とＩＴＯ／ＡＴＯ透明導電膜２のそれぞれの端部が図１のように数ｍｍ露出するように基板１と基板１０とを重ねて、互いに押し付けて貼り合わせた。これにより、仕切部７によって電解液層５の電解液を基板１と基板１０の間に封入した。
【００７８】
最後に、図４（ａ）に示すように、隣り合う露出したＬ字型の正電極膜６の端部と透明導電膜２の端部との隙に導電性ペーストを塗り込んで直列接続させた。また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、左右の色素増感太陽電池セル１２の露出した正電極膜６と透明導電膜２のそれぞれに、導電性ペースト１１で固めて導線を固定することで、正極引出線８と負極引出線９を引き出した。
【００７９】
以上のようにして、６個の色素増感太陽電池セル１２を配線なしで直列接続した色素増感太陽電池Ｓ１を作製した。その太陽電池の発電特性を、光源としてソーラーシミュレーター、電流電圧測定装置としてＩ−Ｖカーブトレーサーを用いて測定した。比較例として、６個の色素増感太陽電池セル１２が直列接続されておらず、それぞれが単独で構成されている例についても同様の方法で発電特性を調べた。
【００８０】
その結果、色素増感太陽電池セル１２が直列接続されていない色素増感太陽電池（比較例）では、平均値として開放電圧０．６８Ｖ、短絡電流１２．４８ｍＡ／ｃｍ２、光電変換効率約５．６％であった。
一方、色素増感太陽電池セル１２が直列接続された色素増感太陽電池（実施例）では、太陽電池全体の開放電圧３．８Ｖ、短絡電流１２．２１ｍＡ、光電変換効率約５．５％であった。
【００８１】
実際に、太陽電池として機能することを確かめるために、電卓につなげて光を照射したところ、電卓が機能することを確認した。このため、本実施例の色素増感太陽電池Ｓ１がデバイスを作動させるのに十分な起電力を有していることがわかった。
【００８２】
以上のように、本実施例の色素増感太陽電池Ｓ１は、簡便に作製でき、しかも電源として十分に機能することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図である。
【図２】図１の色素増感太陽電池セルの断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る色素増感太陽電池の正極基板側及び負極基板側の電極パターン図である。
【図４】図１の色素増感太陽電池のａ−ａ断面図及びｂ−ｂ断面図である。
【図５】図１の色素増感太陽電池のｃ−ｃ断面図及びｄ−ｄ断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図である。
【図７】第３の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図である。
【図８】第３の実施形態に係る色素増感太陽電池の正極基板側及び負極基板側の電極パターン図である。
【図９】図７の色素増感太陽電池のｅ−ｅ断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る色素増感太陽電池の平面図である。
【図１１】図１０の色素増感太陽電池のｆ−ｆ断面図である。
【図１２】従来の色素増感太陽電池の平面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  基板
２  透明導電膜（負極）
２ａ  突出部
２ｂ  端部
３  酸化チタン層（光電変換層）
４  色素（光電変換層）
５  電解液層（光電変換層）
６  正電極膜（正極）
６ａ  突出部
７  仕切部
８  正極引出線
９  負極引出線
１０  基板
１１  導電性ペースト
１２  色素増感太陽電池セル
１２ａ  端部
１０１  基板
１０２  透明導電膜
１０６  正電極膜
１１０  基板
１１２  色素増感太陽電池セル
１１３  導線
Ｓ０  従来の色素増感太陽電池
Ｓ１〜Ｓ４  色素増感太陽電池
【図１】
0005400273.tif 000002
【図２】
0005400273.tif 000003
【図３】
0005400273.tif 000004
【図４】
0005400273.tif 000005
【図５】
0005400273.tif 000006
【図６】
0005400273.tif 000007
【図７】
0005400273.tif 000008
【図８】
0005400273.tif 000009
【図９】
0005400273.tif 000010
【図１０】
0005400273.tif 000011
【図１１】
0005400273.tif 000012
【図１２】
0005400273.tif 000013